交流电路的应用设计 裂相(分相)电路

交流电路的应用设计裂相（分相）电路
设计人：陆佳元
学号：**********
班级：10级电信（1）班
摘要：本文研究了使用Multisim7软件对裂相电路进行仿真，主要讨论了将单相交流电源降压、分裂成相位差为90°的两相电源和将单相电流源降压、分裂成相位差为120°的三相电源的两种情况。

关键词：交流电路分裂两相电源三相电源
引言：三相电凭借其易于产生较大功率的电能、发电机工作稳定的特点广泛被采用，由于产生电压较大为380V，而正常电器工作电压为220V，所以应该将其按照需要裂相处理，因此，裂相电路的处理有很多现实意义。

本实验通过仿真测量、记录数据、数据处理，并进行简单的分析，从而达到对裂相电路的设计和研究的目的。

正文：
（1）实验材料与设备装置
计算机、multisim软件
实验中模拟出220V、50Hz电压源、5kΩ电阻四个，其他不同阻值电阻若干、不同电容若干、不同电感若干。

（2）实验原理
因为电容元件两端的电压和通过它电流有90°的相位差，所以可以利用这个性质，将电容和电阻串联后作为电源，这样就能把单相交流电源分裂成相位差为90°的两相电源。

同理可将单相交流电源分裂成相位差为120°的三相电源。

（3）设计要求：
1、将单相交流电源（220V/50Hz）分裂成相位差为90○的两相电源。

1）两相输出空载是电压有效值相等，为150×（1±2%）；相位差为90○×（1±2%）。

2）测量并作电压——负载（两负载相等，且为电阻性）特性曲线，到输出电压150（1-10%）V；相位差为90○×（1-5%）为止。

3）测量证明设计的电路在空载时功耗最小。

2、将单相交流电源（220V/50Hz）分裂成相位差为120○对称的三相电源。

1)两相输出空载时电压有效值相等，为110×（1±2%）V；相位差为120○×（1
±2%）。

2)测量并作电压——负载（三负载相等，且为电阻性）特性曲线，到输出电压110
×（1±2%）V；相位差为120○×（1±2%）为止。

3)测量证明实际的电路在空载时功耗最小。

图一
图二
图一所示电路中输出电压U 1和U 2分别与输入电压为
2
2
22
)1
(
11C wR U U s
+=
2111)
(11
C wR Us U +=
对输入电压而言，输出电压U 1和U 2相位为
111arctan C wR -=ϕ
A
B
C
O
D
2
221
arctan
C wR -=ϕ
或
)90tan(cot 2222 +-==ϕϕC wR
由此
222arctan 90C wR -=+ ϕ
若
RC C R C R 2211==
则必有
9021=-ϕϕ
一般而言，1ϕ和2ϕ与角频率w 无关，但为使U 1和U 2数值相等，可令
1C wR C wR 2211==
2、将单相电源分裂成三相 同样，将单相电源U s 分裂成U OA 、 U OB 、U OC
互成120○
的对称电压，其原理如图二所示。

将单相电源分裂成三相原理
设计电路关键是原件参数。

从相量图中可见，B 和C 两点的轨迹是在圆周上变化。

只要使电流I 2与I 1相位差成60○
；使电流I 3与I 1相位差成30○
，则可使电压U A 、 U B 、U C 成对称三相电压。

可利用公式
60tan 22=R X C 30tan 3
3=R X
C
Multisim10.0软件在win7上的工作界面:
二相电路
二相电路图：
1）按照上图接好裂相电路后，在空载情况下用示波器观察裂相后两相电源输出的相位差，用万用表读出此时的各相电压。

2）两相电源的每一相上分别接一个电阻，两电阻阻值相等。

分别测量记录不同阻值时二相电源的电压和此时的负载功率，然后绘制电压——负载特性曲线和功率——负载特性曲线。

3）两相电源的每一相上分别接一个电感，两电感值相等。

分别测量记录不同电感值
时两相电源的电压，然后绘制电压——负载特性曲线。

4）两相电源的每一相上分别接一个电容，两电容值相等。

分别测量记录不同电容值时两相电源的电压，然后绘制电压——负载特性曲线。

二相示波器图像：
该电路实验数据和图表如下所示：
二相电接入电阻后，U-R图像：
二相接入电阻后，P-R图像：
二相接入电感后，U-L图像：
三相电路：三相电路图：
三相电路示波器图像：
三相电路U-R图像：
三相电路P-R图像：
三相电路接入电感U-L图像：
（1）实验结果讨论
裂成两相电源实验
1）按文中所示电路图连接后，空载时电源的输出电压值与每相电源的相位差能达到要求。

2）两相电源接入相同阻值的电阻性负载后，变换阻值的大小，获得的电压曲线和功率曲线基本重合，由功率曲线可知，接入适当大小的电阻时，功率可达
到最大值，空载时功耗最小。

3）负载为两相同电感值的电感，各相电压在电感取特定值时有最大值。

4）负载为两相同电容值的电容，电容小于一定值时，各相电压基本平稳保持在空载电压值附近，大于该值后电压明显降低。

裂成三相电源实验
1）按文中所示电路图连接后，空载时电源的输出电压值与每相电源的相位差能达到要求。

2）三相电源接入相同阻值的电阻性负载后，变换阻值的大小，三相电压相差较大，这方面与裂两相电源实验明显不同。

3）负载为感性和容性时，曲线的趋势与裂两相电源实验基本一致，但各相电压还是存在明显区别。

1.结论
（1）由实验可知，电路在空载时功耗最小，这满足能量守恒定律。

（2）裂相后电源接阻值相等的电阻性负载时，两端的电压和负载阻值具有相同的增减性。

（3）负载为容性时，负载电压随电容值先平稳再减小。

（4）负载为感性时，负载电压随电感值先增后减，再趋于平稳。

实验开始时，由于不太熟悉multisim软件，做起来比较吃力，后来慢慢熟悉就好点了，该软件的使用比较方便，仿真程度比较高，容易上手，开始在机房做了一些数据记录在纸上，后来回来用multisim10.0完善了一下，感觉蛮不错的。

有些器材不太会使用，在这里感谢老师曾经给予的帮助。

实验是本人独立完成，若有不足，望斧正。

参考文献：
1、《电工仪表与电路实验技术》马鑫金编著机械工业出版社
2、《电路》黄锦安主编机械工业出版社。